基于 PLC 的全自动包装机控制系统开发与实现
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第２４卷第４期
２０１４年８月 广东石油化工学院学报
Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．４
Ａｕｇｕｓｔ ２０１４
基于ＰＬＣ的全自动包装机控制系统开发与实现
邓昌奇
（广东石油化工学院机电学院，广东茂名５２５０００）
摘要：针对化肥粉末料的特点，提出了一种基于ＰＬＣ控制器的自动计量混合包装机的控制系统，实现称量、混合、包装以及 封口等工作过程的自动控制，具有浪费少、控制方便和动态称量等特点，可用于各种粉末状、颗粒状等肥料称重包装。系统 在现场实验和运行中的各项性能指标稳定可靠，计量精度达到了设计的要求，实现了包装机自动控制的目的。 关键词：ＰＬＣ；触摸屏；包装机；全自动 中图分类号：ＴＢ４８６ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５—２５６２（２０１４）０４—００３０—０４
随着生产和生活的不断发展，人们对包装技术提出了更高的要求。各类物料的计量精度直接关系到
包装企业的产品销售，进而对企业的生存、发展和经济效益产生影响。大多数机械生产企业都重视采用高
度自动化的生产线，相比之下，化肥产品的生产包装本身就不够重视自动化生产线，其应用很少，相关研究
也不多，在化肥行业中各物料的计量精度，更没有引起企业的高度重视。提高化肥各物料的计量包装精度
一直是困扰企业的难题Ｌ１］。笔者根据化肥的特点研制开发了化肥的自动计量混合包装机控制系统，着重
介绍了一种基于ＰＬＣ和触摸屏的全自动包装机控制系统，并对控制系统的流程和实现作详细介绍。
１计量包装机的构成
１．１全自动计量包装机的设计与实现
全自动计量包装机主要用于各粉状、颗粒状肥
料的定量计量包装，混料搅拌桶内设有涡轮搅拌器，
驱动涡轮由输入轴穿过密封固定座联接传动机构。
以电动机为动力，实现了混料机对物料的自动搅拌、
自动下料控制，运输机的自动运输，包装机的自动打
包，以达到混料机内部任何位置物料混合均匀的目
的，可在无人操作的条件下达到自动包装的目的。
下料泵、搅拌器、混料搅拌桶主体（含驱动叶轮）、工
艺管、附件及计量检测装置的定位等设计见图１＿２Ｊ。
１．２自动运输机的结构设计与实现 图１全自动计量包装机结构图
全自动计量包装机中各物料的定量计量是本机的关键技术，包括称重采用波纹管称重压力传感器检
测装置、Ａ／Ｄ转换器采用Ｆｘ２ 一４ＡＤ模拟量输入模块、气动电磁阀、ＰＩＥ采用三菱Ｆ 一３２ＭＲ等装置。皮
带运输处理装置包括上级皮带运输机、热锁口机和下级皮带运输机 。在混料机中经混合搅拌后的均匀
物料放到包装袋后，经过上级皮带运输机运送到锁口机锁口，锁口后送到下级皮带运输处理机，将包装好
的包装袋输送上汽车装运。为了满足工艺要求，不使皮带运输机超载和货物堆积，在启动时反启，停止时
收稿日期：２０１４—０５—１６；修回日期：２０１４—０６—０８ 基金项目：２０１１年广东省部产学研引导项目（２０１１Ｂ０９０４００２０９）；２０１１年广东省科技型中小企业技术创新专项资金项目（２０１１ＣＹ１７９） 作者简介：邓昌奇（１９６３一），男，四川自贡人，硕士，教授，主要从事数控机床 、机电一体化技术方面的研究。
第４期 邓昌奇：基于ＰＬＣ的全自动包装机控制系统开发与实现 ３ｌ
顺停。皮带运输机结构见图２。
２ 自动计量处理装置的设计与实现
计量处理会影响整个包装机的性能质量。在称
重计量环节，各计量桶内壁会粘附混合后的粉料，对
实际称重有一定的影响，各计量桶采用不锈钢内壁
的结构来减少影响。为校正误差，在每次进料之前，
空斗质量Ｇ。由可编程控制器控制自动称量，并把
Ｇ。作为下料称量质量（Ｇ ）的参考点，物料的总重量 停车地 料仓１ ±丝 夹布
。
图２皮带运输机结构图 地面
Ｇ 通过系统运算得Ｇ：＝Ｇ 一Ｇ。。外界因素引起的零点漂移现象对实际进料值受到的影响降低到最小
值［４］。在包装进料环节，为使进料速度和计量包装的准确性得到保证，系统采用快速进料和微调进料相结
合的方式。将快速进料阈值设置为目标值的９０％，快进料速度较快Ｌ５ｊ，到达目标值后电磁阀关闭一部分。
加料精确度可以通过微调进料来提高，微调进料的阈值等于目标值与过冲量之差。系统加料达到设定值
时，微调进料阀会自动关闭，在加料装袋过程中，物料的下料的冲击对系统造成振动，会造成包装质量瞬时
增加，会造成过冲现象。实际加料量等于微调进料加上过冲量，为了使过冲量能使系统自动校正，系统采
用闭环前馈控制技术。基本原理是根据上次装袋的误差来调整本次称量计量过程中产生的过冲量，称量
值与目标值的偏差通过微进料阀门开关时间来调整，可以提高定量包装的精确度 Ｊ。
３ 系统软件的设计
３．１触摸屏画面设计
触摸屏是专为ＰＬＣ（可编程逻辑控制器）而设计的互动式工作站，具有与各种品牌ＰＩＥ连线的监控能
力，适用于恶劣的工作环境，能够替代普通工控机。触摸屏可以随时跟踪设备和系统的运行状态，通过人
机界面向ＰＩＥ发出指令和传送数据，再通过可编程
控制器完成对系统或设备的开关量和数据量进行控
制。人机界面可以制作成多幅多种监控画面，替代
传统的电气操作面板及显示记录仪等，而且具有功
能更加强大的特点。人机界面触摸屏选用２５６色的
三菱Ｆ９４０ＷＧＯＴ—ＴＷＤ作为显示、操作设定单元。
计算机均采用ＲＳ一２３２通讯口，ＰＬＣ的通讯口是ＲＳ
一４２２，Ｆ、９４ｏｗＧＯＴ—ＴＷＤ通讯口有两个，分别为ＲＳ
一２３２Ｃ与ＲＳ一４２２／４８５。ＦＸ系列设备通讯连接线图
如图３所示。
３．２程序流程 图３ ＦＸ系列设备通讯连接线图
初始化是对所有输入信号进行检测，能否满足启动的条件包括检测输入信号是否有报警、负载过载等
条件。在满足启动条件没有报警时，执行后面程序，在人机界面选择手动还是自动，选择手动跳过自动程
序，执行手动程序，选择自动程序执行自动程序，跳过手动程序，优点是执行程序的时间缩短。在自动程序
中首先对各混合原料分别进行称重计量，所有原料达到要求的重量后，开启各自的气动电磁阀，将各原料
放到混合桶中进行充分混合搅拌，搅拌均匀后开启混合物气动电磁阀，将混合物下料到包装袋里，同时开
启传送带电机，将包装袋经传送带传送到锁１：３机进行锁口。由于称重计量到达要求和开启气动电磁阀有
一定的时间延时，控制电磁阀要采用前馈控制。手动程序包括：各原料的手动计量、各原料的电磁阀手动
开启、手动混合搅拌、手动混合物后的电磁阀、手动传送带和手动锁口等操作。手动主要是为了调试设备
和出现故障时对故障设备进行维修。系统控制流程如图４所示。
第４期 邓昌奇：基于ＰＬＣ的全自动包装机控制系统开发与实现 ３３
等优势，加之触摸屏友好的人机界面功能，获得了用户满意的使用效果，值得推广应用。
［参考文献］
［１］余勃．包装生产线分布式监控系统的设计［Ｊ］．包装工程，２ｏｏ６（５）：６３—６５． ［２］邓昌奇，房伟新，钟坤石，等．自动混料机：中国，ＺＬ ２０１１ ２ ００５９６０３．０［Ｐ］．２０１１—０３—０９． ［３］邓昌奇，房伟新，钟坤石，等．自动运输机：中国，ＺＬ ２０１１ ２ ００６９９１３．０［Ｐ］．２０１１—０３—１７． ［４］孙虎儿．小杂粮自动定量包装自动控制系统的设计［Ｊ］．包装工程，２００８，２９（１２）：８１—８２ ［５］毛谦敏．单片机控制的定量包装系统［Ｊ］．包装工程，１９９９，２０（３）：５３—５５． ［６］樊斌．红外线传感器应用时的自动零位跟踪［Ｊ］．传感器技术，２００１，２０（１０）：２２—２３．
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ
ＤＥＮＧ Ｃｈａｎｇｑｉ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｏｍｉｎｇ ５２５０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｕｔｏ——ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ａｕｔｏ——ｍｉｘｅｄ ｐａｃｋａｇｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ ｃａｎ ｂｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆｆｅｒ・－ ｔｉｌｉｚｅｒ ｐｏｗｄｅｒｙ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆｗｅｉｇｈｔｉｎｇ，ｍｉｘｉｎｇ，ｐａｃｋｉｎｇ，ａｎｄ ａｕｔｏ—ｓｅａｌｉｎｇ ｏｆｆｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｉｔ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｌ￣Ｃ－ ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｅｓｓ ｗａｓｔｅ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｗｅｉｇｈｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｅｔｃ．Ｉｔ Ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｗｅｉｇｈｉｎｇ ｐａｃｋｎｇｅ ｏｆ ｐｏｗｄｅｒｙ ａｎｄ
￣ａｎｕｌａｒ．Ｖａｒｉｏｕｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ａｒｅ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｂｙ ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｒｕｎ，ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ Ｃａｌｌ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｉｄｅａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅｔ ｏｆ ａｕｔｏ—ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；Ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ；Ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；Ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ
（责任编辑：梁晓道）
（上接第１７页）
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｔｏ Ｉｍｐｒｏｖｅ Ｊａｍｉｎ Ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ
Ｆｕｌｉｎｇ Ｄａ’ａｎｚｈａｉ Ｓｈａｌｅ Ｇａｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ
ＺＨＡＯ Ｚｉｔｏｎｇ，ＴＡＩ Ｃｈｕｎｌｅｉ，ＪＩＡＮＧ Ｑｉｍｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｔｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３０１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｐｒｉｃｅｓ ｒｉｓｉｎｇ ｓｈａｒｐｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｄｅ－ ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｆｆｕｔｕｒｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｇｒｅａｔ ｉｍ— ｐａｃｔ ｏｆ Ｊａｍｉｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｉｔ ｉｓ ｄｉ￣ｃｕｌｔ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｗｉｔｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｋｅｓ ａ ｒｅ－ ｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ ｍｉｔｉｇａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｊａｍｉｎ ｅｆｆｅｃｔ ｔｏ ｉｍｐｍｖｅ ｏｉｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｈａｌｅ ｇａｓ；Ｊａｍｉｎ ｅｆｆｅｃｔ；Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ
